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1、毕业设计,煤矿胶带输送机监控系统 指导老师 郝世宇学生 李慧强,毕业设计,二、煤矿胶带输送机选型,一、概述,三、煤矿胶带控制系统,四、煤矿胶带机的保护,五、胶带PLC控制系统设计,摘 要,煤矿的胶带运输系统对保证矿井正常生产起着非常重要的作用，大中型煤矿的井下煤炭运输大都采用以胶带输送机的运输方式。以往的输送机控制大多采用就地控制，并且控制装置一般由继电器等组成，当输送机的数量增加时，会造成设备复杂、操作及维护困难的局面，并且在胶带输送机的连续运行中，经常会出现打滑、断带、超温、堆煤等现象。因此，对皮带的自动保护和控制就具有重要的意义。,摘 要,本设计首先介绍了皮带运输系统的现状、特点和发展并
2、介绍了带式输送机的结构以及控制原理，分析了皮带起动过程；其次对皮带机就地控制系统和保护进行了介绍，根据控制和保护功能正确选择传感器；然后对皮带运输控制系统进行硬件设计，介绍了PLC的基本原理与特点，根据其输入、输出点数和存储容量选择了合适的CPU以及数字量和模拟量扩展模块，对其进行软件设计并画出功能流程图,第一章 概述,1.1 国内外煤矿带式输送机研究状况,1.1.1国内外带式输送机的研究现状,国外在带式输送机动态分析研究方面开展得比较早,动态分析理论与研制的软件已基本能够满足当前带式输送机发展之需；而我国相对较晚,与国外相比还存在一定的差距,尤其是动态分析软件部分。为了尽快弥补这一差距,赶超
3、世界水平,有必要研究和分析当今国外带式输送机的动态分析软件。国外动态分析软件目前,美国、法国、澳大利亚、意大利等国家在动态分析研究方面,已经达到国际领先地位。,1.1.2国内外输送机技术的现状,我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角、长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核
4、心的可编程电控装置。,第一章 概述,1.2 煤矿带式输送机的发展方向,1、设备大型化、提高运输能力 为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。2、提高元部件性能和可靠性 设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高。3、扩大功能，一机多用化 拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用
5、，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。,第一章 概述,1.3 选题背景,山西楼俊集团担炭沟煤业有限公司简介,该井田位于山西省吕梁市离市区西北约12km处的袁家岭村，根据山西省国土资源厅2009年11月3日为该矿换发的C1400002009111120041626号采矿许可证，矿井井田由7个拐点坐标圈定，面积为56138km2批准开采4#和10#煤层，设计可采储量为12.63Mt，生产规模为0.90Mt/年，服务年限10年。矿井现回采工作面为4202工作面，工作面平均长140m，运输顺槽400m，回风顺槽400m，该矿井现采煤方法为高档普采采
6、煤机型号为MG132/320-WD,刮板机型号为SGZ-630/220，皮带机型号为DTL-800,.采用DW-2000型单体液压支柱配3m长的型梁支护顶板工作面，两端头采用“四对八梁”支护。两侧槽烧钱20m范围内采用3m长的型钢梁配单体液压支柱支护一粱四柱。该工作面的原煤运输全部由一采区主运输大巷固定带式输送机担负，该输送机运距3005米，运量500吨/小时，是属于典型的煤矿井下长运距、大运量带式输送机。,第一章 概述,1.3 选题背景,山西楼俊集团担炭沟煤业有限公司简介,担炭沟煤矿采区运输大巷固定带式输送机的设计参数说明如下：,主要技术参数：输送能力Q=500t/h输送长度L=3005m输
7、送带宽度B=1100mm,物料特性：输送物料:原煤 物料密度:=1000kg/m3物料安息角:50,安装地点：担炭沟煤矿东翼一采区主运输大巷，底板为煤。环境温度：035。,第二章 煤矿胶带输送机选型,2.1煤矿胶带输送机的结构,带式输送机又称胶带运输机，其主要部件是输送带，亦称为胶带，输送带兼作牵引机构和承载机构。带式输送机组成及工作原理如图1-1所示，它主要包括以下下几个部分：输送带(通常称为胶带)、托辊及中间架、滚筒拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。,带式输送机简图,带式输送机图,1-张紧装置 2-装料装置 3-犁形卸料器 4-槽形托辊 5-输送带 6-机架 7-动滚筒 8-卸料器
8、 9-清扫装置 10-平行托辊 11-空段清扫器 12-清扫器,第二章 煤矿胶带输送机选型,2.1煤矿胶带输送机的结构,输送带1绕经传动滚筒2和机尾换向滚筒3形成一个无极的环形带。输送带的上、下两分都支承在托辊上。拉紧装置5给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时，传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上，形成连续运动的物流，在卸载点卸载。一般物料是装载到上带(承载段)的上面，在机头滚筒(在此，即是传动滚筒)卸载，利用专门的卸载装置也可在中间卸载。,(1)输送带常用的有橡胶带和塑料带两种。橡胶带适用于工作环境温度-1540C之间。物料温度不超过50C。对于大倾
9、角输送可用花纹橡胶带。塑料带具有耐油、酸、碱等优点，但对于气候的适应性差，易打滑和老化。(2)托辊分单滚筒、双滚筒和多滚筒等。有槽形托辊、平形托辊、调心托辊、缓冲托辊。槽形托辊用以输送散粒物料；调心托辊用以调整带的横向位置，避免跑偏；缓冲托辊装在受料处，以减小物料对带的冲击。(3)滚筒分驱动滚筒和改向滚筒。驱动滚筒是传递动力的主要部件。分单滚筒、双滚筒和多滚筒等。(4)张紧装置其作用是使输送带达到必要的张力，以免在驱动滚筒上打滑。为此，大巷煤炭运输方式选用带式输送机。（胶带大巷：半圆拱形断面，料石砌碹支护。巷道内铺设带式输送机。巷道净宽3.4m，净断面9.30m2。巷道布置层位为沿15号煤底板
10、，坡度4.1）,第二章 煤矿胶带输送机选型,2.2煤矿胶带输送机的选型,胶带大巷带式输送机技术参数：1.物料特性：1）最大块度：300mm 2）松散密度：1000kg/m3 3）在输送带上堆积角：=200 4）物料温度：5002.输送系统及相关尺寸:1)运输距离:3050m 2)倾斜角：100 3）输送量：500t/h初步确定输送机布置形式，如图2-1所示：,图2-1,第二章 煤矿胶带输送机选型,2.1煤矿胶带输送机的结构,计算步骤：,1.带速的确定 带速根据带宽和被运物料性质而定，带速已经标准化，具体选取可参照推荐表，初步确定带速V=2.5m/s带速与带宽、输送能力、物料性质、块度和输送机的
11、线路倾角有关，当输送机向上运输时，倾角大，带速应低；下运时，带速更应低；水平运输时，可选择高带速。,2.带宽的确定：Q=3.6.A.V.K t/h式中：Q-设计输送量 A-输送带上物料的最大横截面积 m2 V-输送带的运行速度 m/s-物料的松散密度 kg/m3 k-输送机的倾斜系数,表 一,第二章 煤矿胶带输送机选型,2.1煤矿胶带输送机的结构,根据给定的条件：,A=,=,=,=0.0584m2,查表3，输送机的承载托辊槽角为350,物料的堆积角为200，带宽为1000mm的输送机上允许物料堆积的横断面积为0.1110m2,此值大于计算所需要的横断面积，选用输送带的宽度满足运输要求。,输送带
12、宽度的核定：B=1000mm2a+200=2300200800 mm,因此满足输送最大块度要求.,槽形托辊的带上物料堆积截面，如图所示：,A1=L3+(b-L3)cos2=0.38+0.85-0.38cos3502=0.0351,A2=L3+cos sin=0.38+cos350 sin350=0.0768,A=A1+A2=0.0351+0.0768=0.1119 m2,实际输送能力：Q1=3.6AVk=3.60.11192.510000.95956 t/hQ1Q，因此符合设计要求。,槽形托辊的带上物料堆积截面,表2槽角、动堆积角、带宽的关系,表3：不同带宽推荐的输送物料最大粒度动堆积角一般为
13、安息角的50%75%，L3一般取0.38b0.40b,表4带宽B、带速V与输送能力Q的关系输送能力是按水平运输、动堆积角=200、托辊槽角=350时计算的。,第二章 煤矿胶带输送机选型,2.1煤矿胶带输送机的结构,3.带式输送机所需的传动功率,1).驱动滚筒所需轴功率 NA=179 KW2).电动机所需功率 N=199 KW式中：m-传动效率。一般取0.850.95因为实际所选电动机要增加1.15-1.20的富裕系数，所以，选择三台台132kw电机就可以满足要求,第三章 煤矿胶带控制系统,3.1胶带控制系统综述,皮带集控系统由运输皮带机、给煤机等基本设备组成，利用控制设备、通讯模块、打滑、堆料
14、、超温、烟雾、纵撕、速度、跑偏、煤位等保护，达到皮带机集中控制与监测系统的要求。系统采用多台PLC组成数据传输网络，达到不同的规模控制，完成系统内皮带，给煤机的全工作过程的监控、监测，构成一个完善的监控系统。启动设备前由集控台发预告信号，预告30秒后，若现场均满足集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场信号箱设起/停车按钮，现场可随时停车。若设备由集控启动，控制系统接到现场停车停号后，可作急停处理，实施故障停车操作。控制方式分集控自动/集控手动/就地，三种方式可转换。正常生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动启停；集控手动时，可在中央控制台操作各设备，无闭锁和联
15、动关系；就地时，在现场操作。实现胶带机运输系统集中监控，实时监控设备状态和运行参数，并显示数据曲线，对重要信息在硬盘记录。对设备故障和工艺参数的异常实时报警，并进行声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。,第三章 煤矿胶带控制系统,3.2胶带自动控制的基本要求,1、顺序自动起动要求自动，而且还要有一定的顺序。这个顺序是按煤流的方向而定。在运输机线的起动过程中，为使转载点不致积煤，一般应按逆煤流方向顺序自动起动。顺槽中的运输机线就是按照这种方式起动的。也有的运输机线，如斜井提升运输机，设备容量角大，台数较多，机线较长，为了缩
16、短起动时间，节省电耗，还要求顺煤流方向顺序自动起动。2、起动延时在起动开始的几秒钟内，运输机的拖动电机的起动电流很大（一般为电动机额定电流的5-7倍），如果运输机线上的若干台运输机同时起动，则电流过大，将引起电源总开关因过电流而跳闸，或电网电压急剧下降，使运输机不能正常起动运行。为了避免这种不正常现象，要求运输机线上的运输机，逐台互相间隔一定的时间起动，也就是前一台运输机的起动电流过去之后，这台运输机再起动。这个时间间隔，就叫做起动延时。起动延时的时间，与运输机拖动电机的容量由关。一般来说，电机的容量越大，起动延时的时间要求越长。根据运行经验，运输机的起动延时能达到如下范围，就已经可靠：32千
17、瓦的胶带输送机：不小于3秒75千瓦以上的胶带输送机：不小于5秒,第三章 煤矿胶带控制系统,3.2胶带自动控制的基本要求,3、设有故障保护系统 在运输机线起动或运行过程中，如某台运输机的运动机构发生故障停止运动，发生故障的运输机及后边向它给煤的所有运输机及时自动停止运转。,4、完善的信号系统（1）起动预告：运输机先动之前，沿运输机全线能发出启动预告信号，提醒运输机附近的人员注意安全。（2）双向联络：在停车期间或运行期间，运输机线的操纵人员与运输机线上的维护人员双方能互相用信号进行工作联系。（3）事故自动报警：在运行期间，如运输机线的某台运输机因故障而停止运行，应能立即自动发出事故警报信号，通知操
18、纵人员和维护人员，以便及时进行处理，缩短停产时间。（4）运行状态监视：在启动和运行过程中，运输机线的操纵人员通过监视信号，可以了解运输机的启动和运行是否正常；发生故障时，可以判断故障发生在哪一台运输机上。除运行状态监视信号外，其余三种信号最好用音响信号。（5）自动控制与就地操作能相互转换检修运输机后自动控制装置发生故障而一时又处理不完时，运输机线应能较方便地由自动控制专为就地操作。（6）运输机线能够紧急停车。如维护人员在运输机线上发现某台运输机的起动或运行不正常，他们能够立即就地停止该台运输机或全线的运输机运行。（7）所有装置应符合安全要求。实现运输机线自动控制所采用的元件及其它装置，应符合煤
19、矿保安规程的有关规定。,第三章 煤矿胶带控制系统,3.3 皮带控制系统控制功能,一、起动流程1、顺煤流开机；在胶带机空载情况下，按照煤流顺序由首设备端或故障机端向尾设备端开机。其开机过程为本条胶带机接受到上游胶带机发出的开机指令后，延迟略小于上游整条胶带运行时间后开机，同时对下游胶带机发出开机指令。这种方式能够避免队列中多数胶带机电机长时间空转，达到节能的目的。2、逆煤流开机；在胶带机重载情况下，按照逆煤流顺序由尾设备端或故障机端向首设备端开机。其开机过程为本条胶带机接受到下游胶带机发出的开机指令后，延迟一个固定的时间间隔后开机(避免多台电机同时启动，对电网电压过度冲击)，同时对上游胶带机发出
20、开机指令。这是传统的皮带机启动方式。胶带机开机前应联动皮带机制动器，使胶带机解除制动。,第三章 煤矿胶带控制系统,3.3 皮带控制系统控制功能,二、停机流程1、顺煤流停机；正常情况下，按照煤流顺序由首设备端向尾设备端逐台延时停机；故障情况下，按照煤流顺序，由故障机设备下游胶带机开始向尾设备端逐台延时停机，尽量保证多数设备空载停机。2、逆煤流急停机；用于故障状态下的一种急停机方式，按逆煤流顺序，由故障机设备上游胶带机逐台传递停机信号向首设备端立即停机。胶带机停机后应联动胶带机制动器，使皮带机制动。,三、胶带运输机之间联锁每条胶带机的运行或停止状态要能够通知其上游胶带和下游胶带，并能够与之实现联锁
21、。,第三章 煤矿胶带控制系统,3.3 皮带控制系统控制功能,四、胶带运输机与附属设备之间联锁胶带输送线应与附属设备之间联锁，不同的胶带输送线具有的不同的附属设备，要根据实际情况具体考虑。例如胶带机启动前和胶带机停止后，应与胶带机制动器联动，使胶带机解除制动或使胶带机制动。监控系统要能够对这些附属设备进行控制。,五、胶带运输线运行故障联锁及其处理,1、胶带跑偏,2、电机电流异常电流应划分为3个等级：正常范围、报警范围、危险范围,第三章 煤矿胶带控制系统,3.3 皮带控制系统控制功能,3、胶带打滑,4胶带速度异常胶带速度应划分为3个等级：正常范围、报警范围、危险范围,(1),当胶带速度处于报警范围
22、时,驱动警铃，打开警灯,皮带速度连续长时间处于报警范围时,停本机：驱动警铃，打开警灯,第三章 煤矿胶带控制系统,3.3 皮带控制系统控制功能,(2),当胶带速度处于危险范围时,停本机：驱动警铃，打开警灯,8、滚筒温度过高,滚筒温度过高,停本机：驱动警铃，打开警灯；,9、胶带运输线出现烟雾,胶带运输线出现烟,停本机；驱动警铃，打开警灯，启动自动洒水装置,第三章 煤矿胶带控制系统,3.3 皮带控制系统控制功能,10、堆煤,带堆煤,停本机：驱动警铃，打开警灯；,11、急停开关动作,急停开关动作,停本机；驱动警铃，打开警灯。,3.4软启动,目前对带式输送机实现可控启动有多种方式，各种软启动装置总体上可
23、以分为机械、机电一体化和电气软启动装置三大类。电机调速启动可用绕线式感应电动机转子串电阻调速、直流电机调速、变频调速即可控硅调压调速等多种方式。机械调速装置有调速型液力耦合器、CST可控启动传输及液体粘滞可控离合器三种。本设计的软启动装置（变频驱动）的使用特点做以下介绍。,第三章 煤矿胶带控制系统,3.4软启动,变频驱动系统使用在大型带式输送机交流变频系统，由三绕组变压器，电压源，中压变频器，三相异步电动机及相关部件等组成。变频器由一个三绕组变压器供电，其次级的2个绕组间有30相位角，从而大幅度降低对电网的谐波干扰。使用在长距离带式输送机的中压变频调速驱动系统，应用于带式输送机的恒转矩负载的调
24、速驱动过程中。在轻载及重载工况下，均能有效控制输送带输送机柔性负载的软启动、软停车，能实现驱动之间的功率平衡，并能提供可调验带速度。由此降低直接起动快速停车过程对机械和电气系统的冲击，避免撒料与叠带，输送带输送机动态张力波可能对输送带和机械设备设备造成的危害，延长输送机使用寿命，同时在多电机驱动的带式输送机系统中能够平衡各个电机的输出功率，控制精度高，波动范围小。,下图2.1为变频驱动系统与带式输送机的示意图。,图2.1 变频驱动系统示意图,第三章 煤矿胶带控制系统,3.4软启动,变频软启动是由交流异步电动机的变频调速发展而来的。在一定程度上，变频软启动可以看做交流电机变频调速一个功能。由于对
25、煤矿带式输送机来讲，其对启动方面的要求比一般机械高得多，其启动平稳、可靠性与快速性对企业的安全生产有着重要的意义。变频软启动器原理框图如下图2.2所示，通过变频软启动器的控制单元，可以实现判断决策，正常运行时的转速调节、皮带机的平稳制动、紧急制动、多电机驱动功率平衡调整、节能调节等方面的功能。同时控制单元还具有断带、堆煤、烟雾、打滑、温度等保护功能。,图2.2变频软启动原理框图,第四章 煤矿胶带机的保护,4.1跑偏、划伤及纵向撕裂的保护,本设计中胶带撕裂和跑偏保护选用的传感器是GVD1200（原型号KGV-1型）撕裂传感器 GEJ15/30（D）矿用本质安全型跑偏传感器1跑偏的检测胶带运输机运
26、行时胶带跑偏是最常见的故障，胶带跑偏轻则造成撤料、胶带磨损;重则由于胶带与机架剧烈摩擦引起皮带软化、烧焦甚至引起火灾，造成整个生产线停产，因而，正确地处理好皮带跑偏关系到整个生产系统的正常运转。胶带跑偏的原因：安装时引起的胶带跑偏胶带机安装质量的好坏对皮带跑偏的影响最大，由安装误差引起的皮带跑偏最难处理，安装误差主要是:(1)输送带接头不平直。造成皮带两边张力不均匀，胶带始终往张紧力大的一边跑偏。(2)机架歪斜。机架歪斜包括机架中心线歪斜和机架两边高低倾斜，这两种情况都会造成严重跑偏，并且很难调整。(3)导料槽两侧的橡胶板压力不均匀。由于橡胶板压力不均匀，造成胶带两边运行阻力不一致，引起胶带跑
27、偏。,本次设计中的胶带机用到的传感器有：温度传感器，堆煤传感器，速度传感器，烟雾传感器，防撕裂和跑偏传感器,第四章 煤矿胶带机的保护,4.1跑偏、划伤及纵向撕裂的保护,2运行中引起的皮带跑偏：(1)滚筒、托辊粘料引起的跑偏。胶带机在运行一段时间后，由于矿料有的具有一定的粘性，部分矿粉会粘沾在滚筒和托辊上，使得滚筒或托辊局部筒径变大，引起胶带两侧张紧力不均匀，造成胶带跑偏。(2)胶带松弛引起的跑偏。调整好的胶带在运行一段时间后，由于胶带拉伸产生永久变形或老化，会使胶带的张紧力下降，造成胶带松弛，引起胶带跑偏。(3)矿料分布不均匀引起的跑偏。如果胶带空转时偏，重负荷运转就跑偏，说明矿料在胶带两边分
28、布不均匀。矿料分布不均主要是矿料下落方向和位置不正确引起的，如果矿料偏到左侧，则胶带向右跑偏，反之亦然。(4)运行中振动引起的跑偏。胶带机在运行时的机械振动是不可避免的，在胶带运行速度越快时，振动越大，造成的胶带跑偏也越大。在皮带机中，托辊的径向跳动引起的振动对皮带跑偏影响最大。,跑偏开关主要用于检测实际运行中带式输送机的偏移状态来发出信号，实现带式输送机跑偏后自动报警和自动停机功能;来防止因输送机偏移倾斜使物料撒落。防跑偏传感器在胶带两侧成对使用，分别安装于胶带机机头、机身、机尾易于跑偏处。防跑偏滚动导杆利用自身的固定架固定在胶带机架的两侧，且距离槽形托辊外沿50-100mm范围内。跑偏开关
29、具有两级动作功能，一级动作用于报警，二级动作用于停机。,第四章 煤矿胶带机的保护,4.1跑偏、划伤及纵向撕裂的保护,（1）轻微偏移报警:当输送机在运行过程中发生轻微偏移时，则开关输出一级报警信号。（2）严重偏移报警:当输送机在运行过程中发生严重偏移时，则开关输出二级停机信号。,跑偏开关由立辊、复位手柄(调偏再启动)、凸轮及行程开关等组成(见图5.1)。利用带式输送机跑偏时的横向位移触碰到开关立辊，使立辊产生偏转，然后以立辊的偏转角确定胶带跑偏量。当立辊偏转角达到12时，一级开关动作并输出轻跑偏报警信号;当立辊偏转角达到30时，二级开关动作并输出重跑偏停机信号。,第四章 煤矿胶带机的保护,4.1
30、跑偏、划伤及纵向撕裂的保护,3、划伤及纵向撕裂的检测 在运输线上，物料从溜槽落下，其锋利部分往往扎透皮带，当运输线继续运行时，皮带从扎透处沿纵向依次被撕裂，成为引起大事故的原因。等到皮带损伤到不能修理的程度，就得换胶带，使运输线不得不停运，造成很大损失。那么如何来检测皮带纵向撕裂事故，避免更大事故以及停产的发生呢?目前主要使采用纵向撕裂探测器来检测。纵向撕裂检测器采用拦索式方法，拦索通过滑板与开关连接，使开关随着拦索的牵移而输出停机信号。撕裂检测器在正常状态下拦索使开关的触发机构处于正常状态，当异物刺穿胶带机表面并触及到拦索时，并带动拦索，使拦索产生位移导致触发机构动作输出撕裂停机信号。撕裂传
31、感器应安装在受料段胶带下缓冲托辊之间，控制箱应就近安装在附近机架上;调整滑板和索杆使拦索距胶带下表面20-30mm，再调整调线器使拦索张紧，且开关也处于动作状态即可。新安装的撕裂传感器应每隔5日按上述方法重新调整24次，以消除因拦索伸缩而引起误差值。,第四章 煤矿胶带机的保护,4.2温度传感器,本设计中温度保护选用的传感器是：GWP100（D）矿用本质安全型温度传感器。该传感器采用热电偶式传感器，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。热电偶传感器的优点：测量精度高,测量范围广,构造简单，使用方便
32、.温度传感器的安装：温度保护主要检测滚筒或其它驱动设备运行中产生的过高温度。温度传感器利用温度保护自身的固定架，固定在驱动滚筒两侧的机架上，传感器必须布置在驱动滚筒与胶带分离处或驱动滚筒内部。温度传感器安设在其它驱动设备的发热部位。,4.3堆煤传感器,选用BFW-I型堆煤传感器。BFW-I当煤位增高时，接触到下垂球时，传感器输出保护信号，“满煤”指示灯亮，经延时检测后，若不能恢复正常，集控主机对胶带保护停车，实现堆煤保护。煤在带尾给煤口堆积，使胶带负荷增大，并堵塞给煤口，且会造成煤的散落，当出堆煤情况时，会使堆煤开关闭合，触点动作产生一个输入信号，使系统做出反应。,第四章 煤矿胶带机的保护,4
33、.3堆煤传感器,本系统选用BFW-1料流检测装置，主要用于胶带机输送物料的检测，并可以发出有载运行信号，若皮带宽且速度快时采用门式支架安装，若胶带窄且速度低时采用单臂式支架；并且采用链球与煤料接触，减少了煤对检测器的直接冲击，延长了使用寿命。堆煤传感器的安装：堆煤传感器安装高度应在低于机头下胶带200mm水平以下，其平面位置应在煤仓口范围之内。搭接胶带堆煤保护传感器安装高度应在后部胶带机机头卸载滚筒轴线水平以下，其平面位置在前部胶带机的煤流方向上。,第四章 煤矿胶带机的保护,4.4速度传感器,本设计中速度保护选用GSG-4本安型速度传感器对皮带速度进行监测 GSG-4本安型速度传感器是光电式速
34、度传感器。光电式速度传感器运用光电投射式原理，投射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有间隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件（光电式传感器）上的光线产生一次明暗变化,光敏元件即输出电流脉冲信号。速度传感器的安装:将摩擦滚轮安装在上胶带的下方或下皮带的上方或直接安装在从动滚轮上。,4.5烟雾传感器,烟雾传感器一般分为光散射式烟雾传感器、离子感烟传感器和透光式烟度计。本系统采用KGQ-1型烟雾传感器。KGQ-1对因摩擦发热或其他原因产生的烟雾进行检测。当有少量烟雾时进入烟室时，红灯闪亮，显示烟雾故障，集控主机对皮带保护停车，实现烟雾保护。KGQ-1型感烟开关用于煤
35、矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险及火灾危险的场所，能对烟雾进行就地监测、遥测和集中监视，输出标准的开关信号。具有抗腐蚀能力强的敏感元件、高灵敏度检测电路、结构简单的防尘机构，还具有功耗小、成本低、管理维护简便等特点。对火灾初期各类燃烧物质阻燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报警。烟雾传感器的安装：烟雾保护传感器应布置在驱动装置上方5m内的下风口，距驱动滚筒1米内的距离。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,在整个系统的设计过程中，除了现场已有的设备之外，还需要相应的就地控制箱等现场设备，另外，还需要为现场的设备提供相应的保护设备
36、。为实现集中监控的要求，完成实时数据采集、自动控制和上位监控的功能，将监控系统分成两大部分：下层的过程控制级，上层的监控管理级。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,5.1.1控制系统I/O点数的确定,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,5.1.2PLC的硬件配置,根据控制系统的要求及I/O点数的估算系统PLC选用SIEMENS公司S7-300。,表3.3.2 PLC配置清单,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,5.1.2PLC的硬件配置,（1）CPUS7-300212227CPU模块类型多种多样，有CPU312IFM、C
37、PU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU312IFM、CPU314IFM是带有集成的数字和模拟输入/输出的紧凑型CPU，用于要求快速响应并具有许多特殊功能的装置。CPU313、CPU314、CPU315模块不带集成的I/O端口，其存储容量、指令执行速度、可扩展的点数、计数器/定时器数量、软件块数量等随序号的递增而增加13。315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展的功能。因此我们考虑系统以后的扩展，可选择带总线扩展功能的CPU，考虑它们的性价
38、比，最终我们选用315-2DP。CPU315-2DP是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-DP主/从接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O的任务中。CPU315-2DP具有48KB的RAM，内置80KB的装载存储器（RAM），可用存储器卡扩充装载存储器，最大容量为512KB，指令执行速度为0.1ms/1000条，最大可扩展1024点数字量或128个模拟量通道，其他特性与CPU314相同。CPU315-2DP是带现场总线（PROFIBUS）SINEC L2-DP接口的CPU模块，其它特性与CPU315模块相同。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,5.1.2
39、PLC的硬件配置,（2）电源框架 PS307是西门子S7-300的专配24V直流电源，这一系统共有2A、5A、10A三种不同额定输出电流的电源，其工作原理和备用参数均相同。在这个系统中，选择PS307 5A电源，它安装在导轨的1号槽，在CPU的左侧，用电源连接线连接到CPU上面。,PS307 5A负载电源模块连接单相交流系统，将120或是220伏交流电压变为24伏直流工作电压。具有防短路和开路保护的功能。一个带有保护罩的开关可用来选择120伏或220伏交流线电压。安装一小型断路器，以保护电源模块的电源进线电缆，断路器指标应是：220VAC时额定电流是10A，跳闸特性为C类。当输出正常额定电压2
40、4V时，绿色LED灯亮；当输出电路过载时，则LED灯闪烁，输出电流长期在5到6.5A之间时，输出电压下降，缩短电源的使用寿命，当输出电流超过6.5A时，电压跌落，过后可以自动恢复；当输出短路时，则LED灯暗下来，输出电压为0V，短路故障排除后，电压可以自动恢复；当一次侧低电压时，LED灯暗下，电源自动切断，电压自动恢复；当一次侧发生过压时，LED灯熄灭，电源可能会被彻底毁坏。电源输入功率为138W，效率是87%，功率消耗为18W，输出电压额定值是24VDC，允许误差是24V5%，上升时间最大为2.5S。PS307 2A的输人功率是58W，效率是83%22。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.
41、1PLC硬件系统的设计,5.1.2PLC的硬件配置,（3）数字量输入模块 根据计算，系统的数字量输入点数为23，为了系统留有余量，选用SM321数字量输入模块。该模块具有32点输入，电气隔离为16组，额定输入电压24VDC，适用于开关及2-/3-/4线接近开关。,图3.3.2 SM321接线图及方框图,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,5.1.2PLC的硬件配置,（5）模拟量输入模块 模拟量输入模块SM331的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，根据型号的不同，各模拟量输入范围的数字化表示以及数字量与不同的模拟输出范围间的对应可以从技术手册
42、中查到。模块与S7-300 CPU及负载电压之间是光电隔离的。SM331主要是由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分的方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换精度。所有模拟量的输入通道共用一个转换部件，通过转换开关，将各通道按顺序一个个转换。输入模块的循环时间是指这一通道开始转换模拟量输入值到下次开始转换的时间，它是模块中所有活动的输入通道的转换时间的总和。因此为了缩短循环时间，应该使用S7组态工具屏蔽不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。,图3.3.4 SM331接线图及方框图,第五章 胶带PL
43、C控制系统设计,5.1PLC硬件系统的设计,5.1.2PLC的硬件配置,（6）模拟量输出模块 模拟量输出模块选用SM332，该模块为8输入通道，可将输出通道编程为电压或电流输出。,图3.3.5SM332接线图及方框图,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.2PLC的皮带控制系统的软件设计,5.2.1控制系统程序及工作方式,S7-300的运行程序有两种，操作系统程序和用户程序。操作系统是固化在CPU中的程序，提供了一套系统运行和调度的机制；用户程序是用户自己编制的程序。S7的用户程序是结构化的用户程序，它主要由启动程序、主程序和各种终端响应程序等不同的程序模块组成。控制系统软件流程图如下：,图4.
44、1.1 系统流程图,控制系统有三种工作方式：集控自动、集控手动和就地控制22。集控自动方式下，胶带机和给煤机根据生产工艺流程预先编制的程序来集中控制启停，各种保护均投入；集控手动方式下，胶带机和给煤机也采用手动按钮通过PLC分别控制启停，但是保护可根据需要有选择的进行投入，各故障的投入选择可在显示屏内进行控制；就地控制方式下，胶带机和给煤机由操作员控制手动按钮通过PLC分别控制它们的启停，保护也均投入。此时，其他控制方式闭锁，这也是按照现场情况优先考虑的结果，此时单条胶带闭锁运行，与其他胶带之间没有联锁关系。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.2PLC的皮带控制系统的软件设计,52.2 控制
45、方式选择,我们通过控制台的三位置选择开关来选择系统的工作方式，任何时候只能处于一种工作方式。胶带和给煤机在运行的时候，工作方式不可改变。在触摸平屏上可以由显示灯来表示系统当前的工作方式。监控系统是对单条胶带和与其配对的給煤机进行监控，集控方式下，按下显示屏上的启动/停止控制按钮，允许胶带启动或停止。若是多胶皮带集中控制，启动允许信号可以由逆煤流的前一条皮带启动一段时间后给出，停止信号可以由顺煤流的前一条皮带停止一段时间后给出，时间设定与胶带运行速度有关，以胶带上煤流全部卸载完毕为最佳。下面我们以工作方式选择和就地方式启停为例进行程序说明。,（1）工作方式选择程序段1：工作方式选择。I0.0、I
46、0.1、I0.2分别是集控方式、就地方式、检修方式信号，当在任一个工作方式下发出CST启动信号Q0.2后，不能再选择其它工作方式。M0.7、M0.6、M0.5分别是三种方式下的自保信号，起自保作用。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.2PLC的皮带控制系统的软件设计,52.2 控制方式选择,（2）就地方式启停控制程序段1：I0.3是CST启动按钮，I0.4是CST停止按钮，M4.0是故障急停信号。有任何故障发出急停指令时不允许启动CST。,程序段2：启动报警信号。当M0.4闭合时，脉冲定时器T9开始计时，发出30S的报警指令Q0.0。同时启动接通延时定时器T10。,程序段3：当30S延时预警
47、成功后，向CST正式发出CST启动指令Q0.2。I1.2、I1.3、I1.4分别是1#、2#、3#电机运行返回信号，起自保作用。Q1.0是操作台CST运行指示灯，PLC_D02是触摸屏CST启动指示灯。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.2PLC的皮带控制系统的软件设计,52.2 控制方式选择,程序段4：给煤机启动控制。I4.0是给煤机手动启动按钮信号，I4.2是给煤机运行返回信号。Q4.0是给煤机启动信号，Q1.1是给煤机启动指示灯。,程序段5：给煤机停止控制。I4.1是给煤机手动停止按钮信号，Q4.1是给煤机停止信号。,就地工作方式下，操作员通过控制台上的手动按钮来控制胶带启停。控制台共
48、设置了四个手动控制胶带运行按钮：CST启动按钮，CST停止按钮，CST慢动按钮，CST急停按钮。在此工作方式下，只有CST启动按钮，CST停止按钮，CST急停按钮有效。按下启动按钮后给PLC送入启动允许信号，按下停止按钮给PLC送入停止允许信号。检修工作方式下，我们也是通过操作台上的手动按钮来控制胶带，但是检修状态下，我们要求胶带运行速度比较慢，CST工作在慢动状态下，只有按下慢动按钮，胶带才可以运行。启动允许信号发出后，根据现场环境和设备的工艺需求，在启动运行皮带沿线发出预警声响，时间一般是30秒。只有在无故障启动的情况下，预警才会成功。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.2PLC的皮带控
49、制系统的软件设计,5.2.3各种常见故障的诊断,（1）1.模拟量数据处理程序段1：将采集到的数值current_value转化为实数型，并存在b3中。,胶带在煤炭运输中的重要角色，让煤矿无法忽视它的运行状况，因此，有效的监测故障，及时采取预防措施，避免重大事故发生，或者尽量减少损失是非常必要的。胶带常见的故障有以下几种：跑偏、打滑、超速、断带、滚筒超温、张紧下滑、纵撕、烟雾、堆煤等，同时我们为了避免一些无法监测的而又非常恶劣的事故发生，在胶带输送机的沿线，我们每隔80100米设置一个拉线急停开关。在第二章我们已经确定了监测各种故障的传感器类型或方法，并确定了输出信号类型。故障信号分为两类：一类
50、为数字信号，当输出为“1”时，即是报警信号，收到信号后，对信号进行处理，或是CST紧急停机，或是只发出声光报警。当输出为“0”时，胶带运行正常，无故障发生；另一类为模拟量信号，传感器输出的模拟量信号是标准的电压或是电流信号，通过模拟输入模块，将电压或电流信号转化成数字形式，但是我们需要知道它所测的真实值，如温度传感器，输出9V，需要得到9V对应的温度值，因此需要对输入PLC的数值进行处理。下面简要介绍一下模拟量数值的采集及转换。,第五章 胶带PLC控制系统设计,5.2PLC的皮带控制系统的软件设计,5.2.3各种常见故障的诊断,程序段2：作b3与量程值相除运算，并将值放入输出值yunsuanz
